[發明專利]耐熱超級合金

無效

• 申請號: 201010214647.6
• 申請日: 2005-12-02
• 公開（公告）號: CN101948969A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發明（設計）人: 原田廣史;谷月峰;崔傳勇;大澤真人;佐藤彰洋;小林敏治
• 申請（專利權）人: 獨立行政法人物質·材料研究機構
• 主分類號: C22C19/05
• 分類號: C22C19/05;C22C19/07
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 李帆

本申請是申請日為2005年12月2日、申請號為200580041339.5、發明名稱為“耐熱超級合金”的發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及在航空發動機、發電用燃氣輪機(gas?turbine)等的耐熱部件、特別是渦輪圓盤(turbine?disk)或渦輪葉片中使用的耐熱超級合金(heat-resistant?superalloy)。

背景技術

航空發動機、發電燃氣輪機等的耐熱部件、例如渦輪圓盤，是保持葉片運動、高速旋轉的零件，其材料需要耐受非常大的離心應力、而且疲勞強度、蠕變強度、破壞韌性優異。另一方面，伴隨著燃料費(fuel?consumption)和性能的提高，要求提高發動機氣體溫度和減輕渦輪圓盤的重量，材料需要有更高的耐熱性和強度。

通常，渦輪圓盤使用Ni基鍛造合金。例如，多使用Incone1718或者Waspaloy，所述Incone1718利用γ″(gamma?double?prime)相作為強化相，所述Waspaloy使比γ″相還穩定的γ′(gamma?prime)相析出25vol％左右、利用其作為強化相。

從高溫化的觀點考慮，從1986年開始引入了スペシヤル·メタルズ開發的Udimet720。Udimet720是使γ′相析出45vol％左右、而且為了γ相的固熔強化而添加了鎢的、特別是耐熱特性優異的合金。但是，Udimet720的組織穩定性差，在使用中形成有害的TCP(Topologicallyclose?packed)相，因此開發了Udimit720Li(U720Li/U720LI)，所述Udimit720Li實施了使鉻量減少等的改進。但是，即使在Udimit720Li中，仍然產生TCP相，長時間或者高溫下的使用受到限制。另外，有人指出，Udimit720以及720Li，因為其γ′固相線溫度(solvus)和初期熔融溫度的差小，因此熱加工或者熱處理等的工藝窗口(process?window)窄。因此，難以通過鑄造鍛造工藝制造均質的渦輪圓盤，成為實際應用上的問題。

要求高強度的高壓渦輪圓盤，有時候也使用以AF115、N18、Rene88DT等為代表的粉末冶金合金。粉末冶金合金，與含有大量的強化元素無關，具有可得到無偏析的均質的圓盤的優點。另一方面，為了防止夾雜物的混入，要求純度高的真空熔解、粉末分級時的篩目大小的均衡化等的高度的制造工序管理，存在成本增加的問題。

但是，對于以往的Ni基耐熱超級合金的化學組成，提出了數量眾多的改進方案，但這些方案的任何一種都是含有鈷、鉻、鉬或者鉬和鎢、鋁、還有鈦作為主要構成元素的同時，其具有代表性的是以鈮、鉭或者鈮和鉭作為必須成分。在該組成構成中，鈮、鉭的含有，雖然適用于上述的粉末冶金，但成為難以進行鑄造鍛造的主要原因。另外，鈷，雖然其含有比例比較高，例如在ロ一ルス·ロイス公司的特開平10-46278號公報中所述，但不能帶來特別具有意義的效果。另外，通常情況下，雖然有使γ′固相溫度下降和擴大工藝窗口正面的效果，但在ジエネラル·エレクトリツク公司的EP1195446A1中，沒有發現除此以外的效果，從和成本等的兼顧方面考慮，其含量限定在23重量％以下。

另一方面，因為鈦具有強化γ′相的作用，因此從發揮提高拉伸強度和龜裂傳播抑制的作用方面考慮，添加鈦。但是，鈦的過量添加，隨著提高γ′固相線的同時而生成有害相，得不到完善的γ′組織，從該觀點考慮，鈦的添加限制至最多5重量％左右。

因此，在現有技術中，難以提供可耐受長時間、高溫下的使用的、而且可鑄造鍛造的、制造性優異的耐熱超級合金。

發明內容

本發明是鑒于以上的問題而做出的發明，目的是提供作為渦輪圓盤或者渦輪葉片用等有用的，長時間、高溫下的耐熱耐久特性優異的，而且可鑄造鍛造，制造性也優異的新型耐熱超級合金。

而且，本發明提供具有以上的穩定的組織、達到高的高溫強度的耐熱超級合金。

即，本發明的發明人發現，在渦輪圓盤或渦輪葉片用的耐熱超級合金中，通過在19.5質量％-55質量％的范圍內積極地添加鈷，可抑制有害的TCP相、達到高的高溫強度。

另外發現，通過和鈷同時以規定的比例增加鈦，即使為高的合金濃度也能使γ/γ′的2相組織穩定化，達到更高的高溫強度。而且，發明人通過適當地控制鈷、鈦等的主要構成元素的組成，實現制造性也優異的耐熱超級合金。